高電流エレクトロニクスの進歩：高銅PCBの製造技術

顧客が人間化したイメージ

重銅PCBは,銅の痕跡と厚さ3oz (105μm) 以上の平面によって定義される.高電力電子システムの骨組みです.電気自動車 (EV) のインバーターから産業用モーター制御器まで電力電子機器の需要が増加するにつれ,電池は電源を消費する重銅生産技術の進歩により,彼らの能力が拡大しました,より高い電流率とより高い信頼性を備えたより薄いボードが可能になります.

このガイドでは,重銅PCBの最新生産技術,標準銅設計に対する主な利点,製造者が従来の課題を克服し,高電力アプリケーションのニーズを満たしている方法.

主要 な 教訓
1.重銅PCB (3oz+) は標準1ozの銅PCBよりも2倍5倍電流を処理し,熱を散らすための熱伝導性が40~60%向上します.
2先進的な塗装技術 (直接金属化,パルス塗装) は,50A以上の電源経路において重要な大きなパネルに均等な銅厚さ (±5%) を達成しています.
3レーザーアブレーションとプラズマエッチングにより,重銅の設計ではより細い痕跡幅 (0.2mm) が可能になり,高い電流容量と信号の整合性をバランスできます.
4重銅PCBの製造コストは標準PCBの2倍4倍ですが,耐久性によりシステムコストは15~25%削減されます.

重い 銅 の PCB は 何 です か
重銅PCBには,銅の痕跡,平面,バイアスが3oz (105μm) から始まる厚さがあり,極端な高電力アプリケーションでは20oz (700μm) まで伸びます.この 厚い 銅 は 二つ の 重要な 益 を 与え て い ます:
1.高電流容量:より厚い銅は抵抗を減らす (オームの法則),過熱なしに30~200A電流を容認する. 3オンス銅痕 (105μm) は30Aを処理する.10ozの痕跡 (350μm) は同じ幅で80Aを運ぶ.
2優れた熱伝導性:銅の高熱伝導性 (401 W/m·K) は,電源部品 (IGBT,MOSFETなど) から熱を全体に拡散し,ホットスポットを30~50°C削減する.
これらの特性により,重銅PCBは,電動車,再生可能エネルギーシステム,および電力密度と信頼性が交渉できない産業機械において不可欠です.

重銅PCBの製造技術
重銅PCBの製造には,精度を保ちながら厚銅を処理するための専門的なプロセスが必要です.以下は,その生産を推進する主要な技術です.
1銅 の 堆積: 厚い 均質 な 層 を 構築 する
厚い銅を均等に堆積させることは,重型銅PCBの生産における最も重要な課題です.従来の電圧塗装は厚さの一貫性と闘っていますが,先進的な方法がこの問題を解決しました.:
a.パルスプレート:連続DCの代わりにパルス電流 (オン/オフサイクル) を使用し",縁の蓄積" (痕跡端により厚い銅) を減少させる.これは18"×24"パネル全体で±5%厚さの均一性を達成する..±15%は従来の塗装で.パルス塗装は,30ozの銅で理想的です.
b.直接金属化:従来の電解のない銅種層を回避し,導電性ポリマーを使用して,銅を直接電解器に結合します.これは10~20オンス銅のデザインで粘着の問題を取り除く層を40%削減する
c.ラミネート銅葉片:超厚い銅 (10~20oz) の場合は,プレラミネート銅葉片 (プレスで電解器に結合) が塗装を入れ替える.この方法は20オンスデザインの生産時間を50%短縮しますが, 0に微細さを制限します.5mm+

2厚い銅の精度
厚銅 (≥3オンス) を痕跡を形成するためにエッチングするには,標準1オンス銅よりも攻撃的なプロセスが必要です.
a.プラズマエッチング:電離ガス (O2,CF4) を使って銅をエッチし,3~5ozのデザインでより細い痕跡幅 (0.2mm) を達成する.プラズマエッチングは化学エッチングよりも2倍遅いが,下切断 (抵抗下での過剰エッチング) を70%減らす幅の精度は電流容量に影響する高電流線路では極めて重要です.
b.レーザーアブラション: 5~10オンス銅の場合,レーザー (CO2または繊維) は抵抗なしに選択的に銅を除去し,複雑なパターン (例えば,0.3mmの距離を持つ0.3mmの痕跡) を生成します.レーザー アブラション は,プロトタイプ や 低 量 の 走行 に 適し高価な写真マスクを避けます
化学エッチング (強化): 改変されたエッチング剤 (添加物を含む鉄塩化物) は,不均等な除去を防ぐために最適化されたスプレー圧力で3~5オンス銅のエッチングを加速します.これは,大量生産の最も費用対効果の高い方法であり続けます.

3高電流接続を保証する
重銅PCBのビリアは,大きな電流を運ぶ必要があるので,詰め込まれたまたは厚く塗装された樽が必要です.
a.銅経填:電圧塗装によりビアスは完全に銅で満たされ,2050Aに対応する固体導体 (標準塗装ビアスの場合は1020A) が作られる.満たさ れ た バイアス も 熱 伝導 性 を 向上 さ せる内層から外層に熱を移します
b.高厚さ プラチング経由: 埋め込めないほどの大きさのバイアスでは,75μ100μmの銅 (3×4x標準厚さ) でプラチングすることで電流容量が確保される.パルス プレッティング は,ボリュルの 均等 な 厚さ を 維持 する ため に 用い られ ますオーバーヒートを引き起こす"ネック" (薄い部分) を防ぐ.

4層化: 層化なしの結合層
重銅PCBは,しばしば多層設計を使用し,層分離を防ぐために堅固なラミネーションを必要とします.
a. 制御された圧力ラミネーション: プログラム可能な圧力プロファイル (徐々に300~500psiまで増加) を有するプレスは,10oz+の銅であっても,銅と電解体間の適切な結合を確保します.表面の表面を 60% 減らせます標準ラミネーション
b.高Tgダイレクトリック:ガラスの移行温度 (Tg) ≥170°C (標準FR4では130°C) のFR4は,重銅によって生成されるより高い温度に耐える.ラミネーションと操作中に樹脂の分解を防止する.

先進的な重銅生産技術の利点
これらの製造進歩は 重銅PCBの 新しい可能性を開放しました

1. 高い電流密度
微細な痕跡,より多くの電流:レーザーアブラーションとプラズマエッチングにより,0.2mmの痕跡が3ozの銅で30%狭くなっています.これは0.2mmの痕跡で30Aを可能にします.コンパクトEVバッテリー管理システム (BMS) により多くの電源経路を設置する.
横切断面の減少: 先進的な塗装は均質な厚さを達成し,設計者はスペースを節約するためにより薄い痕跡 (同じ電流容量) を指定することができます.5オンス銅の痕跡が 7オンス銅の痕跡を 置き換えることができます板の重量を15%削減する

2熱性能が向上した
より良い熱伝播:均質な銅平面 (パルスプレッティングによって達成) は,均質でない層よりも 40% より均等に熱を伝播し,100A+の工業モーター駆動装置のホットスポットを排除します.
統合式散熱器:厚い銅平面は内蔵散熱器として機能し,外部冷却の必要性を軽減します.太陽光インバーター内の10オンス銅PCBは15ドルの散熱器を排除し,システムコストを削減します.

3信頼性の向上
疲労を軽減する:直接金属化により銅の粘着性が向上し,振動 (20G) や熱循環 (-40°C~125°C) に耐性がある.これは自動車用アプリケーションで寿命を2倍に延長します.
障害リスクが低く,充填されたバイアスは,高電圧 (600V+) システムではフィールド障害を50%削減し,アーチを引き起こす空隙 (空気ポケット) を排除します.

重銅PCBの用途
先進的な生産技術により,重銅PCBの使用事例は産業全体に拡大しました.
1電気自動車 (EV) とハイブリッド電気自動車
インバーター: 100~300A を処理するために310ozの銅の痕跡を使用して,モーターのDC電池電力をACに変換します.パルス付銅は均一な電流分布を保証し,過熱を防ぐ.
バッテリー管理システム (BMS): 5オンス銅痕跡がバッテリーセルを接続し,コンパクトモジュールで高電流バランス (20A) を可能にする充填バイアスがあります.

2. 再生可能エネルギー
ソーラーインバーター: 710ozの銅PCBは太陽電池から50100Aを処理し,厚い銅平面が電源半導体から熱を散布します.
風力タービンの制御器: 10 15ozの銅がタービンのピッチ制御器で150Aの電流に耐える.

3工業機械
モーター駆動:変頻駆動 (VFD) に搭載された3 7ozの銅PCBは30 80Aを搭載し,プラズマで刻まれた痕跡が密集した箱に収まります.
溶接設備: 15 オンズ 20 オンズ 銅は,高温下で脱層を防ぐために直接金属化を使用して,溶接電源で 200A+ の電流を処理します.

4航空宇宙と防衛
パワー配送ユニット (PDU):航空機の510oz銅PCBは50~100Aを配分し,充填されたバイアスが40,000フィートの高さでの信頼性を保証します.
レーダーシステム: 重い銅型飛行機は,高性能トランスミッターの電源導体と熱吸収器の両方で機能し,従来の設計と比較して20%減重する.

費用の考慮とROI
重銅PCBは,特殊な材料とプロセスにより標準1オンスPCBよりも2倍4倍高い.しかし,所有コストはしばしば低い:
a.部品コストの削減:統合された熱分散は,高電力設計で5~20の散熱を排除します.
b.長寿命: 2倍3倍長寿命は,産業および航空宇宙システムにおける交換コストを削減します.
c. 足跡が小さく: 高い電流密度は板のサイズを20%~30%削減し,囲みや運送コストを削減します.
例: 5オンス銅のEVインバーターの1000台走行料 (1オンスPCBよりも初期費用は20,000ドル以上ですが,貯金額は) 消熱器で30,000ドル,保証請求で15,000ドル) 貯金額は25,000ドルです.

よくある質問
Q: 重銅PCBの最大銅厚さは?
A: 商用生産は最大20oz (700μm) をサポートしていますが,カスタムデザインは特殊な軍事アプリケーションのために30oz (1050μm) に達することができます.

Q: 重銅PCBは高速信号に対応できますか?
A: はい,プラズマエッチングは,制御されたインピーダンスの0.2mmの痕跡 (50Ω/100Ω) を可能にし,電力電子と通信システム (EV CANバスなど) の110Gbps信号に適しています.

Q: 重銅PCBは 熱循環をどのように処理しますか?
A: 先進的なラミネーションと直接金属化により,銅の介電圧が軽減され,IPC-6012クラス3規格を満たすデラミネーションなしで1,000以上の熱サイクル (-40°Cから125°C) が可能です.

Q: 重銅PCBは鉛のない溶接と互換性がありますか?
A: はい,高Tgダイエレクトリックと強固な銅粘着は,分解せずに260°Cの鉛のないリフロー温度に耐える.

Q: 重銅PCBの 典型的な 製造 期間 は?
A:プロトタイプには4〜6週間 (3〜5oz),大量生産には6〜8週間 (5〜10oz).超厚い (15〜20oz) デザインは,特殊なラミネーションのために8〜10週間かかります.

結論
重銅PCBの生産技術は劇的に進歩し,高性能アプリケーションのためのより薄く,より信頼性があり,より高い性能のボードが可能になりました.均質な厚さのためのパルスプレートから細い痕跡のためのレーザー脱毛まで電気自動車,再生可能エネルギー,および電力密度と耐久性が重要な産業システムにおける重銅PCBの役割を拡大しました.
重銅PCBは初期費用が高くなりますが システムのサイズを小さくし 消熱をなくし 寿命を延ばす能力は 長期的信頼性のために 費用対効果の高い選択になります高電流電子機器の需要が増加するにつれて沈殿,エッチングの進歩重銅PCBが達成できる限界を押し広げ続けます 将来のパワー電子の基礎技術としての地位を固めています.